3.7 Основные дефекты эпитаксиальных плёнок и пути их снижения

Дислокации – из-за механических нарушений подложки, загрязнений, различий в степени легирования и т.д.

Снижение плотности дислокаций:

-выбором подложек с минимальной плотностью дислокаций

-тщательной подготовкой поверхности подложки

-избеганием низкоомных подложек, т.к. слитки с ρ < 0,01 Ом см трудно изготовить без дислокаций

Участки механических напряжений – из-за легирования примесями с размером атомов, отличным от размеров атомов полупроводника

Снижение механических напряжений:

-методом смешанного легирования примесями, вызывающими деформацию разного знака (растяжение и сжатие) олово-фосфор, олово-бор, сурьма-фосфор

Дефекты упаковки – области с нарушением чередования атомных слоёв

А В А В А В А В А В А В А В А В А В

-в точке нарушения чередования дефект по мере роста плёнки разрастается в тетраэдр

-снижают плотность дефектов тщательной подготовкой поверхности – химическая очистка и газовое травление

Дефекты роста – из-за загрязнённости поверхности крупными частицами (абразивом); образуются холмики, ямки, поликристалл и т.д. Снижают плотность тщательной очисткой поверхности

Дендритные усы – кристалл с плоскостью симметрии, обладает исключительной микротвёрдостью. Снижают плотность тщательной очисткой поверхности

3.8 Молекулярно – лучевая эпитаксия

Суть: напыление в сверхглубоком вакууме молекулярными пучками на нагретую монокристаллическую подложку

Схема установки МЛЭ

Эпитаксия Al_XGa_1-XAs

Диэлектрические пленки

1.Окисление кремния в сухом кислороде. Кинетика. Качество пленок

Термическое окисление кремния является одним из наиболее технологичных и широко применяемых на практике методов. Этот процесс проводят в различных окислительных средах: сухом и увлажненном кислороде, водяном паре при атмосферном и повышенном ( до 500 атм) давлениях. Часто используют комбинированные режимы окисления, приводящие к образованию беспористых окисных слоев сравнительно большой толщины с хорошими электрическими свойствами, которые, к тому же, можно варьировать в определенных пределах. Иногда для ускорения термического окисления прибегают к использованию активаторов. Как правило, термическое окисление проводят в проточных системах, но иногда используют и оксидирование в герметичных реакторах, выдерживающих высокие давления. Однако эти способы не лишены некоторых недостатков. Так, при создании толстых ( 2 - 3 мкм) изолирующих пленок ( при изготовлении ИС с диэлектрической изоляцией) эти методы неприемлемы, поскольку уже при толщине окисла порядка 1 5 мкм скорость, роста пренебрежимо мала.

Схема установки для термического окисления кремния в кислороде показана на рис. 8.4. Установка состоит из печи сопротивления 5, применяемой обычно для проведения процесса диффузии примеси. В рабочий канал печи помещают реактор 4, выполненный из оптического плавленого кварца. В подающую магистраль включены вентили-натекатели для регулирования расхода кислорода и ротаметр для измерения его расхода. Скорость потока газа составляет обычно несколько десятков литров в час. Рассмотрим детально механизм термического окисления кремния и кратко остановимся на других способах получения диэлектрических пленок на поверхности полупроводников. Другим явлением, характерным для термического окисления кремния, является присутствие в пленке окисла связанного положительного заряда. Предполагается, что причина этого заключается в наличии свободных связей у атомов кремния вблизи границы раздела SiC - Si из-за недостатка кислорода, в результате чего возникают положительные ионы кремния. Положительный пространственный - заряд в пленке окисла способен изменить концентрацию подвижных носителей в поверхностном слое кремния: отталкивать дырки в глубь области и притягивать электроны к поверхности раздела. До настоящего времени не вполне ясно, в какой форме кислород диффундирует в SiO2 при термическом окислении кремния в сухом кислороде. На ранних стадиях процесса в оксиде диффундируют атомы или атомарные ионы кислорода. При увеличении толщины растущей пленки механизм транспорта изменяется и в оксид диффундируют молекулы или молекулярные ионы кислорода. Одной из причин изменения состояния окисляющего агента может явиться действие электрического поля, создаваемого в оксиде диффундирующими частицами. По мере увеличения толщины пленки влияние поля уменьшается и процесс может полностью определяться движением молекул или молекулярных ионов, энергия образования которых меньше, чем атомарных ионов.

Кинетика

Анализ многочисленных экспериментов позволил установить общие закономерности окисления кремния, определить зависимость параболической и линейной констант kp и kt, а также скорости роста окисла dx/dt от условий

окисления, выделить основные факторы, оказывающие определяющее влияние на эти величины. К таким факторам относятся:

- температура окисления;

- давление окислителя в окружающей среде;

- состав окружающей среды (наличие примесей в окисляющей среде); ориентация окисляемой поверхности кремния; уровень легирования и тип примеси в подложке; образование внутренних напряжений в окисле и кремнии; возникновение зарядов в окисле.

Контроль качества пленок

Свойства диэлектрических пленок на кремниевой подложке существенно зависят от метода получения пленок.К основным параметрам пленок можно отнести: плотность, коэффициент преломления, удельное сопротивление, диэлектрическую постоянную, диэлектрическую прочность, скорость травления, толщину, плотность дефектов и заряд в структуре кремний - диэлектрик.Первые шесть параметров обычно не контролируются в процессе промышленного производства полупроводниковых приборов и интегральных схем, хотя их величины учитываются при расчете и конструировании микросхемы. Поэтому остановимся на методах контроля толщины и дефектности диэлектрических пленок, а также заряда и свойств границы раздела полупроводник - диэлектрик.